Способ защиты тиристорного преобразователя

(19) (11) 2 Н 71 ГОСУДАРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗОБ КОМИТЕТ СССР ЕНИЙ И ОТКРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Уась рФ ВТОРСКОМУ СВИДБТЕЛЬС(71) Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им,акад. В. Н. Образцова(54) (57) СПОСОБ ЗАЩИТЫТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащего основной, коммутирующий, перезарядный тиристоры и тиристорный возбудитель, заключающийся в том, что контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока,подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления, и;резарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и регулируют коэффициент заполнения преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в режиме рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей, измеряют величину напряжения контактной сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, контролируют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, полученный сигнал сравнивают с заданным сигналом, полученный в результате сравнения сигнал суммируют с сигналом, равным разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, после этого регулируют коэффициент заполнения тнристорного возбудителя так, чтобы текущая разность значений напряжения сети и ЭДС вращения оставалась постоянной, одноврсменно контролируют величину тока возбуждения и при его равенствес выходным током формируют сигнал на отключение канала управлениявозбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и одновременно формируют сигнал на подключение канала управления тиристорным возбудителем по Я току возбуждения, при определенной величине выходного тока осуществляют запрет на управление тиристорным преобразователем напряжения и формируют сигнал на замещение рекуперативного торможения.5 10 50 Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике электропоездов постоянного тока.Известен способ защиты тиристорного преобразователя, при котором контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока и при определенном их значении воздействуют на импульсы управления тиристорами. При этом способе подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления перезарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока 1,Недостатком этого способа зашиты является невысокая надежность из-за отсутствия защиты преобразователя в режимерекуперативного торможения при понижении напряжения контактной сети.Наиболее близким к изобретению по техническим средствам и достигаемым результатам является способ защиты тиристорногопреобразователя, заключающийся в том, чтоопределяют величину и знак скорости изменения выходного тока, что позволяет осуществлять защиту преобразователя в режиме тяги от кругового огня и боксования, ав режиме рекуперативного торможенияот кругового огня и юза, осуществляют временную задержку управляющих импульсов,поступающих на коммутирующий (амплитудный) тиристор, по отношению к управляющим сигналам, поступающим на перезарядный тиристор в функции выходного напряжения датчика тока якоря, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, полученныйсигнал суммируют с сигналом, пропорциональным выходному току, сумму сравниваютс сигналом уставки и в зависимости от величины сигнала сравнения регулируют коэффициент заполнения преобразователя, призаданной величине сигнала сравнения снимают импульсы управления преобразователем 2,Недостатком известного способа является невозможность защиты преобразователяв режиме рекуперативного торможения принезависимом возбуждении тяговых двигателей при изменении напряжения в контактной сети. Это происходит из-за того, что при независимом возбуждении тяговых двигателей из цепи исключаются обмотки возбуждения, что значительно снижает инерционность якорной цепи. Введение контроля разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и соответствующее управление. преобразователем в этом режиме в. отличие от режиме самовозбуждения явЛяется малоэффективным, поскольку. канал управления по разности значении те55 кущего и отстающего по времени напряжею ния сети и цепь обмотки возбуждения обладают значительной инерционностью, Такое соотношение параметров при изменении напряжения сети может привести к аварийному опрокидыванию преобразователя.Целью изобретения является повышение надежности рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты тиристорного преобразователя, содержащего основной, коммутирующий, перезарядный тиристоры и тиристорный возбудитель, заключающемуся в том, что контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока, подают импульсы управления на коммутирующий ти. ристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления перезарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и регулируют коэффициент заполнения преобразователя, измеояют величину напряжения контактной сети и .ЭДС вращения тяговых двигателей, контролиру- ют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей полученный сигнал сравнивают с заданным сигналом, полученный в результате сравнения сигнал суммируют с сигналом, равным разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, после этого регулируют коэффициент заполнения тиристорного возбудителя так, чтобы текущая разность значений напряжения сети и ЭДС вращения оставалась постоянной, одновременно контролируют величину тока возбуждения и при его равенстве с выходным током формируют сигнал на отключение канала управления тиристорным возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и одновременно формируют сигнал на подключение канала управления тиристорным возбудителем по току возбуждения, при определенной величине выходного тока осуществляют запрет на управление тиристорным преобразователем напряжения и формируют сигнал на замещение рекуперативного торможения. На чертеже приведена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Устройство, реализующее предлагаемый способ защиты, содержит тиристорно-имнульсный преобразователь 1 напряжения, включающий в себя главный тиристор 2, перезарядный тиристор З,коммутирующий тиристор 4, диод 5, диод б, шунтирующий якорь тягового двигателя, диод 7, шунтирующий обмотку возбуждения тягового двигателя, коммутирующий конденсатор 8, коммутирующий дроссель 9, зарядный резистор 10.Возбудитель 11 состоит из перезарядного тиристора 12, амплитудного тиристора 13, диода 14, коммутирующего конденсатора 15, коммутирующего дросселя 16.На входе тиристорного преобразовате. ля установлен индуктивно-емкостной фильтр 17 (18). Система включает в себя два контактора 19 и 20, якорь 21 тягового двигателя, обмотку 22 возбуждения.Система управления состоит из блока 23 управления, датчика 24 напряжения, датчика 25 тока якоря, датчика 26 тока возбуждения, датчика 27 ЭДС вращения,датчиков 28 и 29 нуля тока, управляемых линий 30 и 31 задержек, задатчика уставки йока якоря 32, сумматоров ЗЗ - 35, элемента 36 запрета, датчика 37 нестационарного изменения питающего напряжения.Устройство работает следующим образом.Пуск электропоезда осуществляется за счет работы тиристорного преобразователя 1, при этом контактор 19 замкнут,а контактор 20 разомкнут. Поддержание среднего значения Ьускового тока тягового двигателя заданным осуществляется за счет изменения коэффициента заполнения преобразователя в функции выходного напряжения датчика 25 тока якоря. При этом коэффициент заполнения изменяется от величины, близкой к нулю, до величины, близкой к единице. Коэффициент заполнения преобразователя изменяется за счет изменения момента отпирания главного тиристора 2 пе отношению к коммутирующему тиристору 4, что достигается работой элемента 30. В пусковом режиме возбудитель 11 не работает.В тормозном режиме система реализует режим рекуперативного торможения при независимом возбуждении тягового двигателя. В этом режиме контактор 19 разомкнут, а 20 замкнут. При этом регулирование процесса возбуждения тягового двигателя осуществляется возбудителем 11. Возбудитель работает в режиме амплитудно-фазовой модуляции и получает энергию от источника питания.Первоначально возбудитель отрабатывает минимальный коэффициент заполнения, а по мере снижения скорости коэффициент заполнения увеличивается.Коэффициент заполнения изменяется за счет смещения момента отпирания амплитудного тиристора 13 по отношению к перезарядному тиристору 12, чго достигается работой элемента 31, причем минимальное значение коэффициента заполнения соответствует. максимальной задержке, а максимальное значение коэффициента заполнения - минимальной задержке, близкой к нулю,т.е. практически в этом случае импульсы, постуФтающие на управляющие электроды тирисфоров 12 и 13, совпадают.В процессе торможения во всем диапазоне скоростей энергия отдается в контактную сеть импульсами по цепи: якорь 21 тягово-.го двигателя - диод 6 - индуктивный дроссель входного фильтра7 - . (+) источникапитания- ( - ) источника питания - ди 5од 7 - контактор 20 - датчик 25 - якорь21 тягового двигателя.Контур возбуждения состоит из возбудителя 11, датчика 26, обмотки 22 возбуждения.Контур короткого замыкания якоря двигателя состоит из преобразователя 1, кон 10 тактора 20, датчика 25, якоря 21.Скачкообразное уменьшение напряжениясети в процессе рекуперативного торможенияпри независимом возбуждении тяговых двигателей может привести к броску тока двигателей и аварийному срыву преобразователя.В квазиустановившемся режиме импульсного рекуперативного торможения справедливо выражениеЕ = 1.1( - 2 о) + 1 тйр,2 О где Е - ЭДС вращения двигателя;О - питающее напряжение;1 . - среднее значение тормозного тока;й - активное сопротивление контурарекуперации;Х, - значение коэффициента заполнения преобразователя.Провал напряжения контактной сети( - Ь 1.1) вызывает бросок тока рекуперации(д 1 г) при неизменных значениях Е и ЪЕ = (1.1 + д 1-1) (1 - Яо) + (1 т + д 1 т) 1 ргде дЦд 1 т -приращения напряжения контактной сети и тормозноготока.Вследствие большой инерционности токавозбуждения и магнитного потока двигателяЕ мгновенно изменяться не может, поэтому35 локализовать переходный режим можнотолько изменением коэффициента заполнения преобразователяЕ = (11 - ь.1)- (Я, - д 3) + 1 тйргде д 1 - приращение коэффициента запол-нения преобразователя.С целью восстановления защитных функций преобразователя одновременно с изменением А до величины (Лд+д) в переходном режиме уменьшается ток возбуждения,а значит, и ЭДС вращения на величину45 ( - дЕ). Процесс локализации и восстановления защитных функций заканчивается условиемЕ - дЕ = (1.1 - Ь 1.1) (1 - 1 о) + 1 тйргде дЕ - приращение ЭДС вращения,те. ЭДС вращения уменьшится на величину,5 О равную д 11(1 - Я ), при этом коэффициентзаполнения вновь принимает исхо)ное значение Ао и сохраняется исходное условиеЕс 1.1,В зоне высоких скоростей выполняетсяописанный алгоритм, в квазистационарномрежиме Я поддерживается постоянным ирегулирование по мере уменьшения скорости осуществляется током возбуждения. Привыходе на полное поле происходит переключение режимов. Ток возбуждения остается постоянным и дальнейшее регулирование осуществляется увеличением Я . Этот диапазон скоростей уже не является опасным при провале напряжения, так как Л всегда больше Л и система сама себя защитит изменением Д .Для того, чтобы осуществить быстродействующую защиту преобразователя при провале напряжения сети в зоне скоростей выше критической, контролируют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей. Определение текущих значений напряжения сети и ЭДС вращения тягового двигателя осуществляется с помощью датчиков 24 и 27. Измерение разности этих текущих значений осуществляется сумматором 33. Величина этой разности задается на вход сумматора 33, где текущая разность сравнивается с заданной и сигнал рассогласования подается через элемент 36 на вход блока 34 и далее после коррекции в блоке 34 на вход элемента 31, который осуществляет временную задержку управляющих импульсов, поступающих на амплитудный тиристор 13, по отношению к управляющим сигналам, поступающим на перезарядный тиристор 12, тем самым регулируется коэффициент заполнения возбудителя 11 и поддерживается разность напряжения сети и ЭДС вращения постоянной. Одновременно уменьшается коэффициент заполнения преобразователя 1, что, в свою очередь, делает возможным с очень высоким быстродействием исключить бросок тормозного тока при провале напряжения и избежать аварийного опрокидывания преобразователя,Величина разности напряжения сети и ЭДС вращения выбирается такой, чтобы при технологическом скачке напряжения сети преобразователь изменением своего коэффициента заполнения имел возможность компенсировать этот скачок. При определенном соотношении входных напряжений на сумматоре осуществляют запрет на управление ти ристорным преобразователем напряжейия, Причиной этого нарушения может служить уменьшение напряжения контактной сети ниже предельного уровня, определяемого работоспособностью системы.Блоки 34 и 37 осуществляют дополнительную коррекцию сигнала, поступающего от сумматора 33 через элемент 36, и функции разности значений текущего и отстающего 10 по времени напряжения сети, что повышаетбыстродействие устройства.По мере снижения скорости возбуждениетягового двигателя усиливается и при достижении равенства тока якоря и возбуждения осуществляют отключение канала управления возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и подключают канал управления по току возбуждения.Измерение токов якоря и возбуждения 20 осуществляется датчиками 25 и 26, а ихсравнение - блоком 35, Подключение и отключение каналов осуществляется с помощью блока 36. Величину и знак скорости изменения выходного тока осуществляют с помощью элементов 25 и 23.При определенной величине выходногосигнала датчика 25 снимают импульсы управления преобразователем и формируют сигнал на замещение рекуперативного торможения.. При конструировании системы, реализующей предлагаемый способ, используют типовые элементы.Технико-экономическим преимуществомпредлагаемого способа является увеличение надежности рекуперативного торможения.Предлагаемый способ двухканальногорегулирования, поддерживающего заданную разность между напряжением сети и ЭДС вращения двигателей, а также заданный тормозной ток соответственно при управлении возбудителем и преобразователем, обес печивает устойчивость и быстродействие системы при рекуперативном торможении:11303илиал Редактор И. ШулЗаюаз 238/47ВНИ еряковаКорректор И. МускПодписноетета СССРрытийнаб., д. 4/5Проектная, 4 Составитель О. Меш а Техред И. Верес Тираж 614 ИПИ Государственного коми по делам изобретений и от Москва, Ж - 35, Раушская ППП Патент, г. Ужгород, у